超高強度・超短パルスレーザー光の追圧縮と短波長発生に関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750054
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 張 鉄軍 山梨大学, 工学部, 助手 (80273035)
• Keywords: 超高強度超短パルスレーザー / パルス追圧縮 / 短波長発生 / 第2高調波発生 / 非共線のタイプ1:位相整合方式 / フェムト秒レーザーパルスの発生 / 超高強度光科学 / 非線形レーザー光学

Research Abstract

非線形光学結晶におけるパルス追圧縮を実現するために、第2高調波の群速度を二つの入射基本波の群速度の平均値にしなければならない。また、群速度が速い入射基本波に適当な時間遅延を導入する必要もある。これらの条件を満たすのは超短パルスレーザー光の追圧縮において最も重要な課題として挙げられる。1053nmのピコ秒Nd:glassレーザーを用いる場合、共線のタイプIIKDP結晶がパルス追圧縮の条件を自動的に満たすため、ピコ秒からサブピコ秒へのパルス圧縮が簡単に実現できた。また、入射基本波のパルス波面を進行波に変換することによって、KDP以外の結晶においてもパルスの追圧縮が可能となった。これらの研究をふまえ、我々は、非共線の第2高調波発生による超短パルスレーザー光の追圧縮という新しい方式を提案する。この方式では、従来の共線の配置と異なり、プリズムのような分散素子で進行波に変換された基本波が非線形光学結晶に斜入射し、発生した第2高調波が入射基本波のパルス波面と垂直で出射する。基本波の入射方向を調整することによって第2高調波方向における群速度を変化させることができる。入射基本波に適当な時間遅延を与えると、第2高調波におけるパルスの追圧縮が可能である。この方式がKDP結晶だけでなく、BBOやCLBO結晶にも適用し、1053nm以外のレーザーにも利用できる。また、ピコ秒からサブピコ秒へ、サブピコ秒から数十フェムト秒へのパルス圧縮も期待できる。本研究では、提案した方式の基本原理及び理論モデルを始め、市販されているTW級の800nm/100fs Tl:Sapphireレーザーに対して、非共線のタイプICLBO結晶におけるパルス追圧縮に関する数値計算を行う。その結果、CLBO結晶の位相整合角52.6°、結晶の厚さ0.45cm、時間遅延250fs、入射光強度50GW/cm_2、二つの基本波の入射角度がそれぞれ4.29,10.76°のとき、パルス幅23fs、エネルギーの変換効率70%の第2高調波を発生することが可能である。また、入射光強度、遅延時間、群速度分散等のパルス追圧縮に与える影響も検討する。

Research Products

• [Publications] Tiejun Zhang., M.Yonemura: "Properties of CLBO and KBBF Crystals for Second-Harmonic Generation with Ultrashat Laser Pules" Jpn.J.Appl.Plys.Vol.36,No.10. 6353-6359 (1997)
• [Publications] Tiejun Zhang,M.Yomemura: "Efficient Type-I Second-Harmonic Generation of Subpicosecond Laser Pulses with a Series of Alternating Nonlinean and Delay Cryotals" Appl.Opt.Vol.37,No.12(掲載予定). (1998)
• [Publications] Tiejun Zhang,M.Yonemura: "Pulse Compression with a Noncollinear Type I Frequency Doubling Gystul" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37,No.2(掲載予定). (1998)